Leitfähigkeitstitration

Die Leitfähigkeitstitration, auch Konduktometrie genannt, ist eine chemisch-physikalische Analysemethode zur Bestimmung von Inhaltsstoffen und Konzentrationen.

Bei der Leitfähigkeitstitration wird die elektrische Leitfähigkeit der Lösung während einer Titration gemessen.


Aufbau und Durchführung

Bei einer Leitfähigkeitstitration wird der Grundaufbau einer Titration verwendet.

Das heißt, es wird eine Bürette mit einer Maßlösung befüllt und die Maßlösung wird tropfenweise zu einer Probelösung getropft.

Der einzige Unterschied ist, dass ein Messgerät mit Leitfähigkeitselektroden angeschlossen wird. Das misst die elektrische Leitfähigkeit der Lösung. Dafür wird eine Wechselspannung angelegt.

Prinzip

Ionen haben eine unterschiedlich gute Leitfähigkeit.

Protonen ( \text{H}^+ \text{-Ionen})(H+-Ionen)( \text{H}^+ \text{-Ionen}) und Hydroxid-Ionen (\text{OH}^- \text{-Ionen})(OH-Ionen)(\text{OH}^- \text{-Ionen}) leiten am besten. Genauer gesagt leiten Protonen fast doppelt so gut, wie Hydroxid-Ionen . Die übrigen Ionen wie Natrium-Ionen (\text{Na}^+ \text{-Ionen})(Na+-Ionen)(\text{Na}^+ \text{-Ionen}) oder Chlorid-Ionen (\text{Cl}^- \text{-Ionen})(Cl-Ionen)(\text{Cl}^- \text{-Ionen}) besitzen ein viel geringeres Leitvermögen. Im Vergleich zu den übrigen Ionen leiten Hydroxid-Ionen ca. 4 mal und Protonen 8-10 mal so gut.

Titrationskurve

Mit Hilfe von Titrationskurven kann der Äquivalenzpunkt erkannt werden. Aus den Daten kann dann die Konzentration der Probelösung bestimmt werden.

Verlauf starke Säure

Die Titrationskurven einer starken Säure mit einer starken Base sehen allgemein so aus. Die blaue Kurve zeigt den Verlauf, wenn ein Salz ausfällt.

Es wird die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem Volumen dargestellt. Man sieht 2 Graphen. Beide Graphen verlaufen so, dass sie zuerst linear fallen und danach linear steigen. In dem Knickpunkt des Graphen liegt der Äquivalenzpunkt. Dieser liegt bei einem Graphen bei 0 und bei dem anderen Graphen etwas höher.

Interpretation

Da eine starke Säure vollständig dissoziiert, liegen am Anfang viele Protonen vor. Diese leiten gut, daher ist die Leitfähigkeit hoch. Danach reagieren die Protonen mit den dazukommenden Hydroxid-Ionen zu Wasser. Also sinkt die Konzentration der Protonen und damit die Leitfähigkeit.

Am Äquivalenzpunkt sind alle Protonen bzw. Hydroxid-Ionen neutralisiert. Es sind nur Wasser und die Ionen des zugehörigen Salzes in der Lösung. Durch die Ionen des Salzes leitet die Lösung Strom (rote Kurve). Wenn allerdings das entstehende Salz als Feststoff ausfällt, sinkt die Leitfähigkeit auf 0 ab (blaue Kurve). Das liegt daran, da in der Lösung dann keine Ionen mehr vorhanden sind.

Nach dem Äquivalenzpunkt steigt die Konzentration der Hydroxid-Ionen an. Die Leitfähigkeit nimmt wieder zu.

Verlauf schwache Säure

Die Titrationskurve einer schwachen Säure mit starker Base hat folgenden typischen Verlauf:

Es wird die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem Volumen dargestellt. Man sieht einen Graphen, der linear steigt. Dabei wird die Steigung ab einem Punkt steiler. An diesem Punkt liegt der Äquivalenzpunkt.

Interpretation

Da eine schwache Säure nur unvollständig dissoziiert, liegen am Anfang nur wenig Protonen vor. Die Leitfähigkeit ist also geringer, als bei starken Säuren. Die Protonen werden mit den dazukommenden Hydroxid-Ionen neutralisiert. Wegen der Protolyse der schwachen Säure werden Protonen und Gegenionen nachgebildet. Die Konzentration der Gegenionen steigt, also auch die Leitfähigkeit.

Am Äquivalenzpunkt ist die schwache Säure vollständig umgewandelt (es werden keine Protonen mehr nachgebildet). Alle Protonen sind neutralisiert. Die Titrationskurve besitzt am Äqivalenzpunkt einen Knick.

Nach dem Äquivalenzpunkt steigt die Konzentration der Hydroxid-Ionen an. Hydroxid-Ionen leiten gut, deshalb steigt die Leitfähigkeit stark an.


Beispiel

Leitfähigkeitstitration von Salzsäure und Natronlauge

In dem Bild unten sieht man welche Ionen für die Leitfähigkeit verantwortlich sind.

Die gelben Geraden zeigen die Leitfähigkeit der verschiedenen Ionen. Der rote Graph zeigt die Titrationskurve für die gesamte Lösung.

Es ist die Leifähigkeit in Abhängigkeit zu dem Volumen von Natronlauge dargestellt. Man sieht 4 Graphen. Einer stellt die Leitfähigkeit der gesamten Lösung dar. Dieser fällt erst und danach steigt er. Ein weiterer Graph verläuft parallel dazu. Der fallende Teil stellt die Leitfähgikeit der H+ Ionen dar. Der steigende Teil die Leitfähigkeit der OH- Ionen. Der Knick liegt bei 0. Eine linear steigende Geraden zeigt die Leitfähigkeit der Na+ Ionen und eine konstant verlaufende Gerade die Leitfähigkeit der Cl- Ionen während der Titration.

In der Lösung sind:

  • am Anfang viele Protonen
  • am Äquivalenzpunkt alle Protonen neutralisiert, nur Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen vorhanden
  • nach dem Äquivalenzpunkt zunehmend mehr Hydroxid-Ionen
  • von Anfang an zunehmend mehr Natrium-Ionen
  • immer gleich viele Chlorid-Ionen

Interpretation

Protonen leiten gut, daher ist die Leitfähigkeit hoch. Die Leitfähigkeit sinkt ab, da die Protonen mit den dazukommenden Hydroxid-Ionen zu Wasser reagieren.

Am Äquivalenzpunkt (Knick) sind alle Protonenneutralisiert, also nicht mehr vorhanden. Es sind nur noch Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen in der Lösung.

Nach dem Äquivalenzpunkt steigt die Konzentration der Hydroxid-Ionen an. Die Leitfähigkeit nimmt zu.

Von Anfang an kommt immer mehr Natronlauge dazu, deshalb steigt die Konzentration von Natrium-Ionen die ganze Zeit. Am Ende sind viele Natrium-Ionen und Hydroxid-Ionen in der Lösung. Die Leitfähigkeit ist deshalb fast so hoch, wie am Anfang.

Die Konzentration von Chlorid-Ionen bleibt gleich, da keine Salzsäure dazukommt. Daher ändern die Chlorid-Ionen die gesamte Leitfähigkeit nicht.

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