Grundlagen der Leitfähigkeitstitration
Bei Säure-Base-Titrationen werden in der Regel Farbindikatoren wie Bromthymolblau oder Phenolphthalein zur Erkennung des Endpunkts der Titration eingesetzt.
Bei einer Leitfähigkeitstitration wird die im Verlauf der Titration gemessene Änderung der elektrischen Leitfähigkeit zur Bestimmung des Äquivalenzpunktes genutzt!
Man bestimmt die Leitfähigkeit einer Lösung, indem man
- zwei Leitfähigkeitselektroden in die Lösung gibt,
- eine Stromquelle anschließt und eine Spannung (von z. B. 2 Volt Wechselstrom) anlegt
- und mit Hilfe eines Ampèremeters die Stromstärke misst.
Da die Leitfähigkeit proportional zur Stromstärke ist, gilt: Je höher die gemessene Stromstärke, desto höher ist Leitfähigkeit der Lösung.
Legt man eine Spannung an, dann beginnen Kationen und Anionen zu wandern und bewirken einen Ladungstransport und damit eine Stromleitung.
Daher leiten saure und alkalische Lösungen, die solche frei beweglichen Ionen enthalten, den Strom.
Leitfähigkeit von Kationen und Anionen
Datenquellen: https://de.wikipedia.org/wiki/Molare_Leitf%C3%A4higkeit
und https://dewiki.de/Lexikon/Ionenbeweglichkeit
Eine besonders hohe Ionenleitfähigkeit besitzen H+ bzw. H30+ und OH—Ionen.
Die Leitfähigkeit anderer Ionen (wie z. B. Na+, K+, Cl-, CH3COO- und H2PO4- usw.) ist vergleichsweise gering.
Ein positiv geladenes Na+-Kation muss sich „selbst auf den Weg machen“ und sich zwischen den Wassermolekülen hindurchkämpfen, um den Minuspol (das ist bei einer Leitfähigkeitsmessung die Kathode) zu erreichen!
Ein H+ bzw. H3O+-Ion muss sich nicht „selbst auf den Weg machen“ zum Minuspol machen!
Im Lösungsmittel Wasser können schnell (1) alte H-Brücken zu O-H-Bindungen werden
und gleichzeitig(2) alte O-H-Bindungen zu H-Brücken werden.
Man sagt: Die Bindung(slektron)en „klappen um“. Durch dieses „Umklappen“ bzw. Verschieben der Bindungen ist ein schneller Transport der positiven Ladung möglich.
Ein negativ geladenes Cl--Anion muss (ähnlich wie ein Na+-Ion) mit seiner gesamten Masse zwischen den Wassermolekülen hindurchwandern, um den Pluspol (das ist bei einer Leitfähigkeits-messung die Anode) zu erreichen!
Wie das H3O+-Ion muss auch das OH--Ion den Weg zum Pol nicht selbst zurückliegen!
Ähnlich wie beim H3O+-Ion ist auch hier ein „Umklappen“ der Bindungen möglich!
Durch das „Umklappen“ bzw. Verschieben der Bindungen ist ein schneller Transport der negativen Ladung möglich.
Der „Grotthuß-Mechanismus“ hat zur Folge, dass OH--Ionen (ebenso wie H+ bzw. H3O+ -Ionen) schnell im Lösungsmittel Wasser wandern.
Nur für Experten: Warum ist die Leitfähigkeit der H3O+-Ionen größer als die OH--Ionen?
Obwohl H3O+-Ionen und OH--Ionen nicht selbst durch die Lösung wandern müssen gilt:
Auch die Eigenbewegung der H3O+- und die OH--Ionen hat Einfluss auf die Leitfähigkeit!
Die winzigen H+-Ionen (Protonen), die für die Leitfähigkeit von H3O+ sorgen, sind schneller als die größere OH- -Ionen und haben daher eine höhere Leitfähigkeit!
Bis zum ÄP: Sehr leitfähige H3O+-Ionen werden durch weniger leitfähige Na+-Ionen ersetzt und die Leitfähigkeit sinkt!
Nach dem ÄP: Zugegebene OH--Ionen werden nicht mehr von H3O+ neutralisiert, da diese nicht mehr ausreichend vorhanden sind.
Da c(OH-) steigt, steigt auch die Leitfähigkeit.
Leitfähigkeitstitration von HCl mit NaOH
c(HCl) = x mol/l; V(HCl) = 10 ml;
c(NaOH) = 1 mol/l
1. Man baut eine Titrationsapparatur mit Becherglas, Magnetrührer und Bürette auf.
2. In das Becherglas pipettiert man 10 ml Salzsäure unbekannter Konzentration.
3. Die Bürette wird mit Natronlauge der Konzentration 1 mol/l gefüllt.
4. In das Becherglas mit Salzsäure werden Leitfähigkeitselektroden eingetaucht.
5. Über eine Stromquelle wird eine Spannung von ca. 2 Volt angelegt.
Bei Leitfähigkeitsmessungen sollte man mit Wechselstrom arbeiten.
6. Zwischen die Leitfähigkeitselektroden und die Spannungsquelle wird ein Ampèremeter geschaltet.
7. Die Natronlauge wird tropfenweise hinzugegeben.