OZNACZANIE STĘŻENIA FENOLU METODĄ MIARECZKOWANIA KONDUKTOMETRYCZNEGO

Konduktometria to metoda elektroanalityczna, która polega na badaniu przewodnictwa elektrycznego roztworu, znajdującego się między dwiema elektrodami.

Prawo Ohma mówi, że opór R przewodnika jest wprost proporcjonalny do długości l przewodnika i odwrotnie proporcjonalny do powierzchni jego przekroju A: $R = \rho\frac{l}{A}$, gdzie ρ to opór właściwy, charakterystyczny dla danego materiału.

Zamiast oporu, częściej stosuje się przewodność elektryczną G (dla roztworów elektrolitów): $G = \frac{1}{R}$. Jednostką przewodności G jest simens (S).

Konduktywnością, czyli przewodnością właściwą nazywa się odwrotność oporu właściwego: $\kappa = \frac{1}{\rho}$; jest to przewodność słupka elektrolitu o l=1cm i przekroju A=1cm², a stosunek ten nazywa się stałą naczynka elektrolitycznego (pojemnością oporową naczynia) k. Przewodność właściwa elektrolitów zależy od:

• rodzaju elektrolitu

• jego stężenia

• temperatury.

W przypadku roztworów stosuje się pojęcie przewodności molowej Λ, umożliwiająca porównanie przewodności różnych elektrolitów. Ma ona wymiar S*cm^2*mol^(-1). Przewodność molowa odnosi się do związku chemicznego (np. typu AB). Dla roztworów elektrolitów składa się z przewodnością kationu i anionu: Λ_AB = α(λ_A⁺ + λ_B⁻), gdzie α to stopień dysocjacji. Przewodność molowa związku zależy od:

• jego stężenia

• wzrasta wraz z rozcieńczeniem roztworu, do wielkości stałej, którą jest graniczna przewodność molowa Λ⁰ (stężenie roztworu dąży do zera).

Graniczna przewodność molowa roztworów elektrolitów równa jest sumie granicznych przewodności jonowych (α=1), o czym mówi prawo Kohlrauscha: ΛAB0 = λA+0 + λB−0.

Ruchliwość jonów u definiowana jest jako stosunek prędkości jonów w polu elektrycznym do natężenia tego pola. Między graniczną przewodnością molową a ruchliwością jonów istnieje zależność: λAB0 = F(uA+0 + uB−0), gdzie F to stała Faradaya.

Konduktometrię dzielimy na klasyczną i bezelektrodową. W konduktometrii klasycznej pomiar polega na zmierzeniu przewodności słupa cieczy znajdujące się pomiędzy dwiema elektrodami platynowymi (napięcie zmienne w granicach 1-10 kHz). Koniecznym do pomiaru przewodności jest naczynko pomiarowe oraz konduktometr.

Naczynka pomiarowe mogą mieć różne kształty i zaopatrzone są w dwie elektrody, umieszczone w stałej odległości od siebie. Konduktometria to taka metoda, w której nie zachodzą reakcje elektrodowe. Elektroda powinna mieć stałą powierzchnię oraz wykazywać obojętność.

Konduktometry działają na zasadzie mostka Kohlrauscha, służą do pomiarów przewodności roztworów. Schemat konduktometru:

1 – źródło napięcia zmiennego

2 – elektrody

3 – opornik pomiarowy

4 – wzmacniacz

5 – prostownik

6 – rejestrator.

Analiza konduktometryczna znajduje zastosowanie w: konduktometrii bezpośredniej i miareczkowaniu konduktometrycznym.

Miareczkowanie konduktometryczne polega na obserwacji zmian przewodnictwa roztworu miareczkowanego. Zmiany widzimy, gdy wprowadzi się do roztworu jony, różniące się ruchliwością od jonów, które obecne są pierwotnie w roztworze. Punkt końcowy miareczkowania wyznaczany jest z załamania krzywej. Można wyróżnić następujące przypadki miareczkowania:

1. Miareczkowanie mocnego kwasu mocną zasadą lub odwrotnie.

2. Miareczkowanie słabego kwasu mocną zasadą lub odwrotnie.

3. Miareczkowanie słabego kwasu słabą zasadą lub odwrotnie.

Metodą konduktometryczną można również miareczkować mieszaniny kwasów lub zasad różniących się stałą dysocjacji.

1. Tok postępowania

• Sprawdzamy miano przygotowanego roztworu NaOH. W tym celu miareczkujemy próbę HCl o objętości 10 cm­³.

• Badany roztwór fenolu o objętości 10 cm³ przenosimy do naczynka konduktometrycznego o pojemności 100 cm³. Dodajemy 100 cm³ wody destylowanej, tak aby elektroda była całkiem zanurzona. Odczytujemy wartość przewodnictwa.

• Dodajemy z biurety porcjami roztwór titranta. Po każdym dodaniu roztworu NaOH odczytujemy wartość przewodnictwa. Wyniki zapisujemy w tabeli.

1. Opracowanie wyników

V NaOH [cm^3]	K[mS]	Objętość NaOH [cm3]	κ [mS]
0	6,335	0	0,00581
1	5,88	0,2	0,0294
2	5,34	0,4	0,0581
3	4,87	0,6	0,0817
4	4,39	0,8	0,1123
5	3,88	1	0,1318
6	3,41	2	0,253
7	2,99	3	0,372
8	2,46	4	0,488
8,5	2,25	5	0,608
9	2,00	6	0,718
9,2	1,922	7	0,829
9,4	1,804	8	0,936
9,6	1,719	9	1,075
9,8	1,748	9,2	1,100
10	1,794	9,4	1,126
10,2	1,873	9,6	1,152
10,4	1,934	9,8	1,174
10,6	2,00	10	1,204
10,8	2,05	10,2	1,224
11	2,14	10,4	1,253
12	2,44	10,6	1,274
13	2,79	10,8	1,306
14	3,10	11	1,327
15	3,40	12	1,431
16	3,71	13	1,588
17	3,99	14	1,763
18	4,31	15	1,965
		16	2,20
		17	2,47
		18	2,75

• Wykreślamy krzywe miareczkowania konduktometrycznego NaOH w układzie k=f(V_HCl)

• Wykreślamy krzywe miareczkowania konduktometrycznego fenolu w układzie k=f(V_NaOH)

• Wyznaczamy graficznie punkty końcowe miareczkowania HCl i fenolu na wykresach.

• Obliczamy stężenie NaOH i fenolu w roztworze

Dla NaOH:

Z równania reakcji wynika: NaOH  +  HCl  →  NaCl  +  H₂O

n_HCl  =  n _NaOH

$c\ = \ \frac{n}{V}$ (zgodnie z definicją stężenia molowego)

c_HClV_HCl  =  c_NaOHV_NaOH 

$$c_{\text{NaOH}} = \frac{c_{\text{HCl}}V_{\text{HCl}}}{V_{\text{NaOH}}} = \frac{0,1\frac{\text{mol}}{dm^{3}} \bullet 0,01\text{dm}^{3}}{0,098\text{dm}^{3}} = 0,1\frac{\text{mol}}{dm^{3}}$$

x g − 0, 1mol

40g − 1mol 

x = 4 g

$$c_{\text{NaOH\ }} = \ \frac{0,4g}{1000\text{cm}^{3}} = \mathbf{4 \bullet 1}\mathbf{0}^{\mathbf{- 3}}\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{c}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

Dla fenolu : C₆H₅OH + NaOH →  C₆H₅ONa + H₂O

n_fenolu = n_NaOH

$c\ = \ \frac{n}{V}$ (zgodnie z definicją stężenia molowego)

c_fenoluV_fenolu  =  c_NaOHV_NaOH

$$c_{\text{fenolu}} = \frac{c_{\text{NaOH}}V_{\text{NaOH}}}{V_{\text{fenolu}}} = \frac{0,1\frac{\text{mol}}{dm^{3}} \bullet 0,0113\text{dm}^{3}}{0,01\text{dm}^{3}} = 0,113\frac{\text{mol}}{dm^{3}}$$

x g − 0, 113 mol

94 g − 1 mol 

x = 12, 5 g

$$c_{\text{NaOH\ }} = \ \frac{12,5g}{1000\text{cm}^{3}} = \mathbf{0,0125}\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{c}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$$

1. Wnioski

Miareczkowanie fenolu zasadą sodową prowadzi do zanikania słabo zdysocjowanego fenolu na którego miejsce pojawia się całkowicie zdysocjowany fenolan sodu. Dlatego przewodność badanego roztworu wzrasta. Po przekroczeniu PK wzrost przewodności jest bardzo szybki, ponieważ wzrasta stężenie jonów OH^- (jony OH^- są bardziej ruchliwe od anionów fenolanowych).

1. Literatura

Walenty Szczepaniak, „Metody instrumentalne w analizie chemicznej” PWN.