• View
• Edit
• History
• Print

Conductometrie

Algemene inleiding tot de conductometrie

(Door Ben Dijkhuis)

ELEKTRISCHE GELEIDING DOOR EEN ELEKTROLYTOPLOSSING

De elektrische stroom van elektrolytoplossingen (dat wil zeggen, oplossingen van zouten en/of zuren) wordt getransporteerd via geleiding door negatieve en positieve ionen.
Zoals voor de elektronengeleiding in metalen, geldt ook voor geleiding van elektrolytoplossingen, de wet van Ohm:

(1)

We kunnen voor de weerstand R ook schrijven:

(2)

De elektrische weerstand van een met een elektrolytoplossing gevulde buis, is rechtevenredig met de lengte (l in m) van die buis en omgekeerd evenredig met de doorsnede (A in m²) ervan.
De factor ρ wordt de soortelijke weerstand genoemd (eenheid: Ω.m)

Bij conductometrische toepassingen is het de gewoonte om te werken met de geleidbaarheid (G, eenheid: Ω⁻¹ of S(iemens)). Deze grootheid wordt verkregen door de reciproke waarde van de weerstand R te nemen:

(3)

Hierin is γ de soortelijke geleiding of conductiviteit (eenheid: Ω ⁻¹.m⁻¹= S.m⁻¹). Naar analogie met de soortelijke weerstand, is de conductiviteit gedefinieerd als de geleiding van een, met een elektrolytoplossing gevulde buis, waarvan de lengte 1 m en de doorsnede 1 m² bedraagt.

INVLOEDEN OP DE GELEIDING VAN ELEKTROLYTOPLOSSINGEN: DE MOLAIRE GELEIDBAARHEID

Het geleidingsvermogen van een elektrolytoplossing is, naast de temperatuur en kleine invloeden die veroorzaakt worden door interacties tussen de ionen onderling, in belangrijke mate afhankelijk van:

• DE IONENCONCENTRATIE.
  

Het vermogen om electrische stroom te geleiden neemt toe naarmate de concentratie van ionen groter wordt.

• HET IONTYPE.
  

Elk iontype heeft een eigen specifieke bijdrage aan de mate, waarin de oplossing in staat is om elektrische stroom te geleiden.

Met deze kennis kunnen we een nieuwe grootheid definiëren, n.l. de molaire geleidbaarheid, Λ. Deze grootheid is evenredig met de soortelijke geleiding γ en omgekeerd evenredig met de concentratie c:

(4)

Hierbij is de concentratie c uitgedrukt in mol.m⁻³ en molaire geleidbaarheid Λ in Ω⁻¹.m².mol⁻¹.

DE MOLAIRE IONGELEIDBAARHEID

Een deel van de ladingstransport wordt veroorzaakt door de positieve ionen (kationen) en deels door de negatieve ionen (anionen). Dit heeft tot gevolg dat de molaire geleidbaarheid Λ opgesplitst kan worden in de bijdragen van de afzonderlijke ionen. Hiervoor moeten we de grootheid molaire iongeleidbaarheid (λ) invoeren.

Onderstaande tabel toont voor een aantal ionen de molaire iongeleidbaarheid:

Voorbeeld: de molaire geleidbaarheid van een NaCl-oplossing is als volgt te berekenen:

(5)

Voor de soortelijke geleidbaarheid geldt dus:

(6)

Meer algemeen:

(7)

Een rekenvoorbeeld.
Hoe groot is de soortelijke geleidbaarheid van een 0,1 M bariumchloride-oplossing?

Gebruikmakend van (7):

(8)

DE CONDUCTOMETER

Met behulp van een conductometer ben je in staat om de geleiding van elektrolytoplossingen te meten.
Aan het apparaat wordt een een z.g.n. geleidbaarheidscel aangesloten, dit is een glazen buis die is voorzien van een tweetal platina-elektroden. De cel wordt in de te meten oplossing gedompeld, waarna de geleidingsvermogen direct op de meter afleesbaar is (in Ω⁻¹ ).
De gevoeligheid is op veel meters door middel van een keuzeknop instelbaar. Dit maakt het mogelijk om zeer kleine tot grote waarden te meten (b.v. 0,20×10⁻⁶ tot 1,00 Ω⁻¹ ).

Een conductometer waarop een geleidbaarheidscel is aangesloten.

Om het apparaat te sparen is het noodzakelijk om de meting te starten op de minst gevoelige instelling.
Wanneer het noodzakelijk is kan de gevoeligheid stapsgewijs worden verhoogd tot de meter een goed afleesbare uitslag geeft.

DE GELEIDBAARHEIDSCEL: DE BEPALING VAN DE SOORTELIJKE EN MOLAIRE IONGELEIDBAARHEID

De geleidbaarheidscel is zodanig geconstrueerd dat de afstand (l) tot de elektroden overal even groot is, en de oppervlakte (A) van beide elektroden gelijk.

Schematische voorstelling van de geleidbaarheidscel.

Volgens (3) geldt:

(9)

θ (=l/A) wordt de celconstante genoemd. Bij een bekende celconstante, kan men de soortelijke geleiding direct berekenen uit de gemeten geleiding G.

De molaire geleidbaarheid (Λ) te berekenen uit (4) en (9):

(10)

BRONNEN

• F. Freese, W.E. van der Linden; Electrochemische Analysemethoden, 3e druk; Elsevier, Amsterdam/Brussel; 1981.
• BINAS; 3e druk; Wolters-Noordhof, Groningen; 1992.